高效可变形体实时仿真的研究与应用

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2、知，除了文中特别加臥标注和致谢的地方夕ｈ论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何页献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：曰期：３。／《年＾月Ｍ日论义使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部口或祝构送交论文的复印件和磁盘，Ｓ，：允许论文被查飼和借尉。本人授权电子科技大学可封将学位论文的全部或部分两容编入有关数据库进行检索，

3、可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。）（保密守此定的学位论文在解密后应遵规巧导师签：斗名：作者签名＾书＾索下心Ｚ（日：／年月；日期分类号密级注1UDC学位论文高效可变形体实时仿真的研究与应用（题名和副题名）邢林西（作者姓名）指导教师陈雷霆教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业计算机应用技术提交论文日期2016.3.28论文答辩日期2016.5.16学位授予单位和日期电子科技大学2016年6月答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。Researchan

4、dApplicationofEfficiencyReal-timeSimulationofDeformableObjectsAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:ComputerApplicationTechnologyAuthor:XingLinxiSupervisor:Prof.ChenLeitingSchool:SchoolofComputerScience&Engineering摘要摘要由于可变形体仿真广泛的应用

5、领域，它在计算机图形学中变得越来越热门。这类仿真被广泛应用于计算机图形学动画中，例如电脑游戏中布料的模拟，医学手术训练系统中人体软组织的仿真。在这类应用场景中，允许用户与虚拟环境交互的同时也带来了新的研究课题，这些课题涉及求解大型系统的方程式、碰撞检测与响应模型。此外，很多课题仍缺乏合适的解决方案，尤其是在实时应用场景中。因此，对可变形体实时仿真的研究是有重大意义的。可变形体仿真关注物体运动以及系统的效率。这类仿真的特点是，在模拟过程中物体形状会改变，组成物体的顶点间距离不固定，这明显区别于刚体。尽管顶点间距离不固定，又需要从一定程度上保

6、持物体形状，这又不同于流体。传统动态系统的仿真主要采用基于力学的方法。例如质点-弹簧系统、有限元法、边界元法等。这些方法提供了视觉合理性，但缺乏精确性。近些年基于位置的方法（PBD）在动态仿真领域变得流行起来。这类方法适用于实时交互环境，它的优势是：能控制显式积分，消除显式积分特有的不稳定问题在仿真过程中，能直接操纵顶点位置和物体某一部分基于位置的方法对于常规的约束都能适用基于位置的显式求解器浅显易懂而且容易实现本文的研究内容及主要工作为：1.分析传统方法Mass-SpringSystem、FEM的缺陷；2.剖析基于位置的动力学（

7、PBD）的基本算法：为了提高PBD的仿真精确性，扩展PBD的应用范围，根据材质和应用场景提出约束，并给出约束函数的定义；针对PBD过慢的收敛速度导致的失真，使用HBPD优化PBD算法，改善布料过度拉伸问题；为了解决弹性体仿真，提出使用形状匹配（ShapeMatching）算法；为了消除ShapeMatching的穿透问题，提出改进算法GPL-ShapeMatching；3.基于以上对算法的分析和改进，实现布料和弹性体的实时仿真。关键词：物理仿真，可变形体，基于位置的动力学，形状匹配IABSTRACTABSTRACTThedefor

8、mableobjectssimulationisbecomingmoreandmorepopularduetothewidelyuse.Itisusedinmanyareaofcomputer